Аллювиальный водоносный горизонт что это
Грунтовые воды отложений аллювиальных террас
Аллювиальные отложения, слагающие террасы долин рек, состоят преимущественно из средне- и крупнообломочных пород. Аллювий горных рек обычно представлен гравием и галечником, а рек равнинных областей — песком. В аллювиальных отложениях содержатся большие ресурсы подземных вод.
Водозаборные скважины, питающиеся водами аллювиальных пород, часто характеризуются большим водообилием. Поэтому при проектировании разведочно-эксплуатационных скважин в областях, где коренные породы содержат небольшие количества воды, сначала нужно выяснить возможность получения воды из аллювиальных отложений, так как даже при относительно небольших естественных расходах водоносных горизонтов аллювиальных отложений необходимая водообильность скважины может быть обеспечена за счет речных вод, подсасываемых скважиной при близком расположении ее от реки. Однако не всегда такие скважины подсасывают речные воды, даже если аллювиальные отложения представлены крупнообломочным материалом. В некоторых долинах горных районов изоляция водоносного горизонта аллювиальных отложений от речных вод бывает обусловлена кольматацией глинистыми и илистыми частицами ложа реки. Подтверждением сказанного могут быть наблюдения В. В. Дубровского (1962), проведенные им в долине притока р. Ангрен в Средней Азии.
Аллювий террасы долины этого притока представлен галечником с примесью гравия и крупнозернистого песка. Скважина, из которой откачали воду, находилась на острове, но депрессионная воронка уровня подземной воды распространилась и на другой берег реки, что указывает на отсутствие подсоса скважиной речных вод (рис. 11).
Разведочно-эксплуатационные скважины не рекомендуется сооружать в непосредственной близости от подошвы коренных склонов долин, так как здесь мощность аллювиальных отложений может быть невелика.
Если проектируемая скважина должна быть пройдена в пределах пойменной террасы реки, то в проекте нужно указать на необходимость проведения специальных мероприятий по защите устья скважины от затопления во время паводков.
Многочисленными исследованиями установлено, что крупность зерен, а в связи с этим и водопроницаемость аллювиальных пород очень часто увеличиваются к их подошве. Это нужно учитывать при определении глубины и положения водоприемной части скважины.
Достаточно водообильные водоносные горизонты аллювиаль ных отложений можно встретить не только в долинах современных рек. Мощные водоносные пески, гравий и галечник встречаются также и в древних погребенных долинах, поэтому, если имеются данные о наличии таких долин в районе проектируемого объекта водоснабжения, то разведочно-эксплуатационные скважины целесообразно закладывать в пределах распространения этих долин Древние погребенные долины в современном рельефе иногда бывают выражены в виде понижений вытянутой формы.
С. В. Троянский (1955) указывает на значительную водообильность древнеаллювиальных отложений Центрального Казахстана. По его данным в этом сравнительно безводном районе из указанных отложений можно получить пресную воду в количестве, достаточном для удовлетворения нужд водоснабжения колхозов, совхозов и других небольших или средних объектов.
Водоносные горизонты аллювиальных отложений широко используются для водоснабжения и во многих районах составляют единственный надежный источник подземных вод, например районы области распространения верхнепермских пород между Уралом и р. Волгой.
Водоносные горизонты аллювиальных отложений питаются за счет инфильтрации атмосферных осадков, выпадающих на поверхность террас и стекающих со склонов; притока грунтовых вод, идущих с междуречных пространств; дренирующихся напорных вод коренных пород; притока речных вод.
Соотношение перечисленных видов питания различно в зависимости от геологического и геоморфологического строения местности, а также от климатических условий.
Характер и величина питания вод аллювиальных отложений изменяются в зависимости от времени года.
В северных и центральных областях Европейской части Советского Союза аллювиальные водоносные горизонты зимой питаются только грунтовыми водами междуречных пространств и напорными водами водоносных горизонтов коренных пород. Приток воды из рек и инфильтрация атмосферных осадков отсутствуют.
Весной соотношение видов питания аллювиальных вод другое; в это время преобладает инфильтрация атмосферных осадков вследствие таяния снега; отмечается питание речными водами. Летом питания реками почти нет, слабее проявляется и инфильтрация атмосферных осадков. В дождливую осень инфильтрация атмосферных осадков снова усиливается.
Вследствие изменения питания, получаемого из различных источников, химический состав вод аллювиальных отложений непостоянен. В периоды питания атмосферными осадками и реками эти воды обычно опресняются, а в периоды преимущественного поступления вод из глубоких напорных водоносных горизонтов коренных пород минерализация аллювиальных вод часто увеличивается.
В связи с этим при заложении разведочно-эксплуатационных скважин необходимо учитывать характер питания вод аллювиальных отложений.
Предгорья западного склона Урала сложены кунгурскими загипсованными породами и казанскими пестроцветными отложениями. Воды кунгурских пород сильно минерализованы, а воды казанских отложений по степени минерализации относятся больше к пресным. Соответственно воды аллювиальных отложений на участках развития кунгурских пород имеют повышенную минерализацию, а там, где распространены казанские отложения, эти воды более пресные. Значительная минерализация вод аллювиальных отложений (более 1000 мг/л) отмечается в некоторых участках долины Волги, где интенсивно дренируются минерализованные воды каменноугольных отложений (г. Дубна, г. Кимры, Самарская Лука). Как указывает Л. С. Балашов (I960), в месте разгрузки минерализованных вод меловых и третичных пород Сур-хан-Дарьинского артезианского бассейна в районе г. Калифа воды даже самой р. Аму-Дарьи во время межени заметно изменяют свой химический состав.
Указанная выше связь минерализации вод аллювиальных отложений с минерализацией вод коренных пород наблюдается также и во многих других областях Советского Союза.
При однородном строении коренного ложа долины дренирование вод глубоких водоносных горизонтов коренных пород в русловой части происходит более интенсивно, чем в других частях долины, так как уровень реки в данном месте является базисом дренирования вод этого типа. Поэтому в районах с повышенным увлажнением по мере приближения к реке минерализация вод аллювиальных отложений постепенно возрастает за счет увеличивающегося поступления минерализованных вод из глубоких горизонтов.
Таким образом, более пресную воду в аллювии в этих районах лучше искать ближе к коренным склонам долины. Кроме того, нужно учитывать, что минерализация вод аллювиальных отложений возрастает к их подошве, поэтому глубокие скважины будут давать более минерализованную воду, чем скважины меньшей глубины.
Описанные условия наблюдаются в тех районах, где воды коренных пород имеют повышенную минерализацию. Если же эти воды характеризуются слабой минерализацией, то они не оказывают существенного влияния на засоление аллювиальных вод.
Отмечаются и противоположные случаи, когда в нижней части аллювиальных отложений воды более пресные, чем в верхних горизонтах и открытых водоемах.
Подобное соотношение минерализации аллювиальных вод отвечает, например, С. В. Троянский (1955) для Центрального Казахстана. Вследствие малой увлажненности кламата поверхностные воды и воды современных аллювиальных отложений здесь часто засолены, но под этими солоноватыми или солеными водами иногда встречаются пресные воды, приуроченные к древнеаллювиальным крупно- и среднезернистым пескам.
Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.
Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство «Недра», 1968
Аллювиальный водоносный горизонт что это
ЧАСТЬ I. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
1.1. Объекты мониторинга подземных вод и их обеспеченность наблюдательными сетями
1.1.1. Характеристика объектов мониторинга подземных вод
Объекты мониторинга подземных вод УР – водоносные горизонты, комплексы, свиты, содержащие подземные воды, которые имеют целевое значение в социально-экономической сфере республики.
Основными водоносными свитами, используемыми для хозяйственно-питьевого водоснабжения на территории Удмуртской Республики, служат северодвинская (Р3sd), уржумская (Р2ur) и казанская карбонатно-терригенные свиты (Р2kz).
Подземные воды коренных отложений характеризуются сложными гидрогеологическими условиями, которые обусловлены резкой литолого-фациальной изменчивостью разреза толщи верхнепермских пород на небольших расстояниях, отсутствием выдержанных водоносных горизонтов и надежных водоупоров.
Характеристика основных водоносных горизонтов и свит в естественных условиях в 2015 году приведена в таблице 1.1.
Таблица 1.1.1.
Характеристика основных водоносных горизонтов и свит в естественных условиях на территории Удмуртской Республики в 2015 году
превышает ПДК (СанПиН, ГН)
Ниже приводится характеристика подземных вод по основным эксплуатируемым водоносным горизонтам и свитам:
Водоносный четвертичный аллювиальный горизонт (аQ)
Воды аллювиальных отложений пресные гидрокарбонатные кальциевые с ми-нерализацией 0,1-0,6 г/л, на локальных участках до 1,68 г/л.
Питание водоносных прослоев осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков. Разгрузка происходит в овражно-балочную сеть и в нижележащие водоносные горизонты.
Четвертичный аллювиальный горизонт в Удмуртии имеет малое практическое значение. Его доля в общем водоотборе по республике составляет всего 2 %. Воды горизонта используются для централизованного водоснабжения на юго-востоке республики в пределах поймы и надпойменных террас р.Кама: п.Новый на правом берегу р.Кама у южной границы Воткинского водохранилища и п.Кама на левом берегу р.Кама в Камбарском районе.
Воды четвертичных отложений подвержены загрязнению с поверхности из-за их неглубокого залегания и отсутствия выдержанной водоупорной кровли.
Водоносная северодвинская карбонатно-терригенная свита (Р3sd)
Водоносная северодвинская карбонатно-терригенная свита распространена в северной части республики до широты истока р.Кильмези и долины р.Лып (правый приток р.Чепцы). Свита представляет собой сложно построенную толщу многократного чередования ритмов обводненных и относительно водоупорных пород, начинающихся обычно грубозернистыми песчаниками с прослоями конгломератов и венчающихся глинистыми, а часто и карбонатными породами. Таких ритмов в водоносной свите насчитывается от 2-3 до 10.
Общая мощность водоносной свиты в пределах зоны пресных вод характеризуется величиной 80-100 м. В области питания в верховьях р. Камы, Чепцы, Кильмези воды пресные с минерализацией 0,3-0,6 г/л. Воды преимущественно гидрокарбонатные кальциевые, гидрокарбонатные натриевые.
За счет водоносной северодвинской свиты осуществляется водоснабжение населенных пунктов северной части республики: Глазов, Юкаменское, Красногорское, Яр. Добыча подземных вод в отчетном году составила 19,61 тыс. м3/сут – 15 % от общего водоотбора по республике.
Водоносная уржумская карбонатно-терригенная свита (Р2ur)
Данная свита широко распространена в центральной и южной частях республики. Водовмещающими породами в ритмически построенной толще являются линзы песчаников с прослоями конгломератов, залегающие в основании разреза каждого из многочисленных ритмов. Общая мощность водоносных прослоев изменяется от 3,0-5,0 м до 40,0 м, составляя в некоторых разрезах до 2/3 мощности свиты.
Величина напора изменяется от 6-10 до 80 м, с преобладающими значениями в 40-50 м. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах 2-70 м.
По химическому составу воды, приуроченные к песчаникам и мергелям верхней части ритмов, гидрокарбонатные кальциево-магниевые с минерализацией 0,4-0,6 г/л и общей жесткостью 3,3-5,8 моль/м3. Воды в нижней части свиты гидрокарбонатные натриевые с минерализацией 0,2-0,8 г/л, жесткостью 0,2-2,4 моль/м3.
Модули эксплуатационных ресурсов распределяются следующим образом: в восточной части республики (район г. Воткинска, с. Шаркан, Якшур-Бодья) модуль составил 0,6-0,9 л/с•км2, в западной (с. Селты, Сюмси) и центральной частях (г. Ижевск, с. Завьялово и др.) он равен 0,4-1,0 л/с•км2.
Добыча подземных вод из уржумской водоносной свиты в 2013 году составила 44,21 тыс. м3/сут – 35 % от общего водоотбора по республике. Для центральной части республики водоносная уржумская свита является единственным источником подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Водоносная казанская карбонатно-терригенная свита (Р2kz)
Водовмещающими являются тонко-мелкозернистые песчаники с линзами конгломератов, залегающие в основании каждого ритма сложнослоистой толщи казанской свиты. В юго-западной части территории водоносными явля-ются известняки, доломиты и мергели переходной морской фации.
В эксплуатационных скважинах вода вскрывается на глубинах от 5,3 до 150 м, преобладают глубины 15-75 м. Мощность зоны пресных вод определяется врезом современной эрозионной сети и изменяется от 100 до 150 м, со-кращаясь на отдельных участках разгрузки минерализованных вод до 20-50 м.
Воды свиты пластово-трещинные, пластово-поровые, в основном напорные. Величина напора возрастает с глубиной залегания водосодержащих пород. В южной части территории напоры изменяются от единиц до 70 м.
В южной части республики воды казанской свиты на 3/4 мощности (100-150 м) пресные с минерализацией до 1 г/л, с преобладающими значениями 0,3-0,6 г/л. По химическому составу они в основном гидрокарбонатные кальциево-магниевые и кальциевые. По результатам региональных работ модуль эксплуатационных ресурсов на большей части площади распространения свиты составляет 0,9 л/с•км2.
Для южной части республики водоносная казанская карбонатно-терригенная свита является одним из основных источников водоснабжения. Почти половина (48%) от общей добычи подземных вод по республике приходится именно на эту водоносную свиту.
Уфимская карбонатно-терригенная свита (Р1u)
Наличие в верхней части водоупора создает закрытость комплекса и определяет повышенную минерализацию подземных вод. Слабоминера-лизованные воды (1-3 г/л) имеют ограниченное распространение на юге республики. По химическому составу воды гидрокарбонатные кальциево-магниевые, сульфатные кальциевые, хлоридные натриево-кальциевые и натриевые.
Минеральные воды, заключенные в отложениях пермской и каменноугольных систем, используются для лечебных целей. Их отбор в 2013 году составил 4,4 % от разведанных запасов.
Рассолы, добываемые попутно с нефтью из каменноугольных и девонских отложений, могут быть использованы для извлечения промышленных компонентов (йод, бром и др.). В настоящее время воды, после отделения от нефти, отводятся через специальные скважины в поглощающие отложения того же возраста или в продуктивные толщи для поддержания пластового давления.
В Удмуртской Республике остро стоит проблема о достаточно низком качестве вскрываемых эксплуатационными скважинами вод при больших ресурсах подземных вод питьевого качества. Очень широко распространена эксплуатация природных некондиционных вод. Причиной сложившейся ситуации являются достаточно своеобразные гидрохимические условия территории, наличие некондиционных природных вод на небольших глубинах. Часто доведение таких вод до питьевых норм сильно затруднено из-за отсутствия промышленных методик очистки.
Максимальных мощностей в 80 – 100 м зона развития вод HCO3-Ca типа достигает на водоразделах. Величины эти, в отличие от ЗПВ, достаточно постоянны для всей территории республики. Постоянство мощности кондиционных вод на водоразделах позволяет предположить, что при фильтрации вод через 100-метровую толщу пермских континентальных красноцветных отложений процессы взаимодействия в системе «вода-порода» приводят к существенному изменению химии вод с накоплением отдельных компонентов выше ПДК для питьевых вод. В первую очередь это процесс катионного обмена кальция и магния на натрий, приводящий к образованию «мягких» вод, их обогащению бором, фтором.
Мощность зоны «мягких» вод меняется в широких пределах в зависимости от проводимости пород и условий дренирования. В северной и южной частях республики она в общем случае меньше, изменяется от 30 до 80 м. В центральной части мощность может увеличиваться до 100 – 120 м.
В подавляющем большинстве случаев эксплуатационные скважины вскрывают и совместно эксплуатируют все имеющиеся прослои в зоне пресных подземных вод. При этом химический состав добываемой воды зависит от относительной водообильности прослоев и может меняться в процессе эксплуатации в зависимости от интенсивности водоотбора, глубины установки водоподъемного оборудования.
На рис. 1.1.3. показано состояние эксплуатации природных некондиционных подземных вод на территории республики. На схеме оконтурены территории, на которых то или иное количество скважин (в процентах) выводят воды с превышениями ПДК питьевых вод по бору, сульфатам, хлоридам и кремнию. В некондиционных водах республики могут встречаться выше нормы и другие компоненты, например, стронций, марганец, железо. Но для обобщения ситуации по данным компонентам недостаточно информации.
Для определения (в процентном соотношении) количества скважин, выводящих некондиционные воды по тем или иным компонентам, территория республики условно была разбита на ячейки размером 10х10 км. В каждой ячейке вычислялся процент некондиционных скважин (отдельно по бору, сульфатам, хлоридам и кремнию) относительно общего количества существующих эксплуатационных скважин. Затем методом интерполяции проводились изолинии по ячейкам с равным количеством скважин (в %), выводящих некондиционные воды. Поэтому, если в каком-либо месте общее количество скважин невелико, и большая их часть выводит некондиционные воды, то процент некондиционных скважин будет также высок, как и в местах с большим скоплением скважин.
В среднем на территории республики около 30-40 % скважин выводят природные некондиционные воды. Большая часть из них (75 %) приходится на скважины, выводящие мягкие гидрокарбонатные натриевые воды с содержанием бора выше питьевых норм. Приведенные данные с годами должны уточняться по мере поступления химических анализов от недропользователей.
Бор. На приведенной схеме (рис. 1.1.3.) полигонами показано количество скважин с высоким содержанием бора, где оно составляет более 50 или 100% от общего числа скважин. Тем не менее, на остальной территории республики «борные» скважины также присутствуют в достаточном количестве.
Также большая доля эксплуатационных скважин с борной водой (около 50 %) расположена в районах групповых водозаборов: гг. Ижевск, Воткинск, Сарапул, Камбарка, пгт. Яр, Ува, Кизнер, с.с. Красногорское, Алнаши.
Бороносные воды выводятся скважинами практически из всех основных водоносных подразделений, распространенных на территории республики: из северодвинской, из уржумской и из казанской водоносных свит (рис. 1.1.3).
Кремний. Подземные воды с содержанием кремния выше питьевых норм выводятся эксплуатационными скважинами, в основном, в центральной части республики (рис. 1.1.3).
На двух крупных групповых водозаборах (Кузьминский участок Глазовского МППВ и участок ФГУП «Воткинский завод») во всех скважинах присутствует кремний выше ПДК. На Кузьминском участке (для г.Глазова) в 2012 г водоотбор составил 13,4 тыс. м3/сут. Всего на участке имеется 4 эксплуатационные скважины. По двум из них кремний определялся с 1999 г и всегда он был выше ПДК. Концентрации его изменялись от 12,9 до 20,4 мг/л. В 2012 г содержание кремния в водах определялось по 4 раза из каждой скважины и составило 15,5-17,5 мг/л
В скважинах водозабора ФГУП «Воткинский завод» содержание кремния составляет 14,1-19,7 мг/л. Несмотря на эксплуатацию водозабора с 1966 г, кремний определялся только в 2008 г при оценке запасов пресных подземных вод. Современный водоотбор не превышает 1,0 тыс. м3/сут.
Всего по республике насчитывается около 274 «кремниевых» скважины (7 % от общего количества действующих и резервных эксплуатационных скважин). Находятся они в 9-ти административных районах УР, количество их в одном районе изменяется от 1-3 до 11-29. По большей части это скважины в Дебес-ском, Шарканском и Якшур-Бодьинском районах.
Водозаборные скважины с высоким содержанием кремния эксплуатируют по большей части северодвинскую, уржумскую и частично казанскую водоносные свиты.
Сульфаты. В меньшей степени в Удмуртии имеется количество скважин, в природных водах которых выше питьевых норм находятся сульфаты. В основном, высокое содержание сульфатов в подземных водах встречается на юге республики: в Увинском, Алнашском, Можгинском районах, реже – на севере: в Кезском и Балезинском районах (рис. 1.1.3). На отдельных площадях в Кизнере, Можге и Алнашском районе количество таких скважин составляет от 15 до 30 %. Около 10 % скважин с высоким содержанием сульфатов расположено также на отдельных площадях в районе г.Ижевска и пгт.Ува. В Кезском районе (в центральной части) в 25 % скважин сульфаты выше ПДК.
Всего по республике насчитывается 97 «сульфатных» скважин (3 % от общего количества действующих и резервных эксплуатационных скважин). Находятся они в 14-ти административных районах УР, количество их в одном районе изменяется от 1-3 до 15-27. По большей части это скважины в г.Ижевске, Можгинском, Увинском, Кезском и Алнашском районах.
В основном подземные воды с высоким содержанием сульфатов выводятся из казанских отложений (на юге республики), реже – из уржумских.
Хлориды. По большей части скважины, выводящие природные некондиционные воды с содержанием хлоридов выше ПДК, приурочены к поймам крупных водотоков, таких, как Кама, Иж, Чепца, Лып (рис. 1.1.3), где происходит разгрузка слабоминерализованных и соленых вод. «Хлоридные» скважины имеются на водозаборах гг.Ижевска, Воткинска, Сарапула, пгт. Балезино и Кез.
На отдельных площадях наибольшее в процентном отношении количество скважин с высокими концентрациями хлоридов находится в Балезинском и Кезском районах (20-50 %), в Срапульском, Воткинском районах и г.Ижевске – 10-20 %. В целом данные скважины расположены в 13-и административных районах. Количество скважин по районам изменяется от 1-2 до 10-27. Наибольшее их число находится в Воткинском районе – 27 скважин. В целом, «хлоридные» скважины по республике составляют 2 % от общего количества скважин. Выше ПДК хлориды в 2012 г зафиксированы в 12-и скважинах, концентрация их достигала 2,82 г/л (в скв. 11740 в г.Воткинске).
Водозаборные скважины с высоким содержанием хлоридов эксплуатируют уржумскую, казанскую и частично северодвинскую водоносные свиты.
В таблице 1.1.2. отмечены так называемые «проблемные» административные районы республики, с большим процентом скважин, выводящих некондиционные подземные воды с превышением предельно-допустимых норм по тому или иному компоненту природного происхождения. Наиболее остро проблема низкого качества природных вод стоит на территории Балезинского, Кезского, Увинского и Игринскго районов.
Количество эксплуатационных скважин с природным несоответствием качества подземных вод по административным районам
Административный район
Общее количество эксплуатационных скважин
Количество эксплуатационных скважин с природным несоответствием качества подземных вод по компонентам (в % от общего количества)
Алнашский
Балезинский
Вавожский
Воткинский
Глазовский
Граховский
Дебесский
Завьяловский
Игринский
Камбарский
Каракулинский
Кезский
Кизнерский
Киясовский
Красногорский
Малопургинский
Можгинский
Сарапульский
Селтинский
Сюмсинский
Увинский
Шарканский
Юкаменский
Якшур-Бодьинский
Ярский
г.Ижевск
Итого по Удмуртской Республике
3920
В целом широкое развитие некондиционных вод, значительные их ресурсы по сравнению с водами питьевого качества создают самую серьезную проблему хозяйственно-питьевого использования подземных вод на территории Удмуртской Республики.